环“钛”平洋—赤红风暴


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哈喽大家好,我是风流倜傥,人见人踹,花见花败,凤姐都不爱的小C,初次见面,甚是紧张,话都说不利索了。前几天怀着激动的心情又重温了一遍《环太平洋》,那特效真是嗷嗷帅啊,不由得想起了在电影院看3D-IMAX的那个爽!

说到《环太平洋》,不由得想起电影里面各种屌炸天的机甲猎人。由儿时的奥特曼,到这部电影中的机甲猎人,很多人心中依然保留着打小怪兽的梦想。电影中,防卫西伯利亚围墙六年的T90车诺阿尔法、速度最快的冲锋发现号、最后拯救人类的吉普赛危机号让观众们记忆深刻。

当然!本文的主角---来自中国常州的赤红风暴令我们异常兴奋,虽然出场打怪兽没几分钟就挂掉了。(这是个比较悲催的结局)不过,电影中对赤红风暴的介绍多少让材料人发现了说道。

电影中介绍到赤红风暴的核心是由金属钛铸造而成,根据台词字面意思,小C认为可以理解为工业纯钛。那么,金属钛是什么鬼?而工业纯钛又是什么鬼呢?

钛,一种具有银灰色光泽的难熔金属(熔点1678℃),存在着两种同素异构体,分别为具有密排六方晶格hcp结构的α-Ti(882℃以下)、具有体心立方晶格bcc结构的β-Ti(882℃以上)。钛的导热系数低(为低碳钢1/5,铜的1/25)、无毒、无磁性且具有很好的生物相容性(适合用于生物工程材料),在大气、海水、氯化物水溶液等大多数有机酸中有着优异的耐腐蚀性。

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再来看工业纯钛,工业纯钛实质上是含一定量的O、C、N、Si、Fe等其他元素且钛元素含量高于98%的α型钛合金,其根据杂质含量不同可分为TA1、TA2、TA3、TA4四种牌号,随着牌号序号增加,钛元素含量降低,合金强度增大,塑性下降。工业纯钛的强度相对于其他类型钛合金较低,塑性好,加工成型、焊接性能良好,在氧化腐蚀环境中具有良好的耐腐蚀性,但不能进行热处理强化。

刚才说到了工业纯钛是α型钛合金,那么根据钛的介绍,是不是有β型钛合金呢?Bingo!!!

钛合金按照其退火组织主要分成三类:

α钛合金,如TA1工业纯钛,退火组织以α-Ti为基体的单相固溶体,具有良好的高温性能,组织稳定,焊接性及热稳定性好;

α+β钛合金,如TC4钛合金,这类钛合金的特点是具有较好的综合力学性能,强度高,但组织稳定性较差;

β钛合金,含β相稳定元素(Fe、Cr、Mo、V等)较多的合金称为β钛合金,如TB2(Ti-5Mo-5V-3Cr-3Al),这类钛合金经过淬火时效后可获得很高的室温强度,是发展高强度钛合金潜力最大的合金,但其高温组织不稳定,耐热性差且焊接性差。

好了,想必大家对钛有了一个初步的认识,那么问题来了,赤红风暴为什么要用钛合金来建造呢?

赤红风暴由唐氏三兄弟操纵,使用的杀敌招式为雷云阵势,如下图所示。电影中将赤红风暴的敏捷性及灵活性展现得淋漓尽致,我们不妨从另一个角度来看,赤红风暴如此的敏捷灵活,其采用的肯定是轻质高强度的材料,以保证轻快和承受与怪兽搏斗产生的撞击力。

而钛的密度4.51g/cm3,仅为钢的57%。工业纯钛的抗拉强度可高达600MPa,而TC4钛合金抗拉强度最高可突破1000MPa,如此强度高而且质量轻的材料,不难理解赤红风暴为什么选择钛合金来建造。

更重要的是,钛及其合金在淡水和海水中有极高的抗蚀性,在海水中的抗蚀性比铝合金、不锈钢甚至镍基合金都要好。这是由于钛是一种很活泼的金属,说到这里,可能有读者会问:“既然钛这么活泼,怎么能有比不锈钢还好的抗蚀性呢?”这一切都要归功于钛与氧反应生成的氧化膜!钛和氧的亲和力大,在空气或含氧介质中,钛表面会生成一层致密的、附着性强且惰性的氧化膜,氧化膜的存在保护了钛基体不被腐蚀,因而钛合金在一般环境中乃至电影中的海水中具有突出的抗腐蚀性。因此,选择钛合金来建造赤红风暴是正确的选择。

介绍到这里,小C突然想到电影里面的台词: “Full titanium core,no alloys。”针对这句台词,小C咨询了身边的材料学子,大多数人认为字面意思是纯钛,不是合金。但是根据查阅资料,工业纯钛就是一种α型钛合金,这是电影方面的失误还是我们误解了台词意思呢?如果真的指的是工业纯钛的话,那么为什么不选择用强度更高的α+β钛合金来建造赤红风暴呢?

这都是一个值得思考的问题……

材料牛新锐作者小C哥供稿,材料牛编辑整理。

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